稳定土拌合站的控制系统 |
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| 申请号 | CN201710330625.8 | 申请日 | 2017-05-11 | 公开(公告)号 | CN106948245B | 公开(公告)日 | 2023-09-19 |
| 申请人 | 深圳市迈凯诺电气股份有限公司; | 发明人 | 李刚山; 李白; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种稳定土拌合站的控制系统，其包括： 骨料 供给模 块 ，稳定剂供给模块，清 水 供给模块， 搅拌机 以及控制骨料供给模块、稳定剂供给模块、清水供给模块的供给量的控 制模 块，以及HMI 人机界面 。骨料供给模块、稳定剂供给模块、清水供给模块以及HMI人机界面均通过PROFINET 现场总线 与 控制模块 电连接。本发明的有益效果在于：系统的通讯速率、响应速度快且控制 精度 高，可有效降低开机废料率，可提升稳定土的品质。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种稳定土拌合站的控制系统，其特征在于，包括：骨料供给模块，稳定剂供给模块，清水供给模块，搅拌机以及控制所述骨料供给模块、稳定剂供给模块、清水供给模块的供给量的控制模块，以及HMI人机界面； |
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| 说明书全文 | 稳定土拌合站的控制系统技术领域[0001] 本发明涉及拌合站电控系统的技术领域，特别涉及一种稳定土拌合站的控制系统。 背景技术[0002] 稳定土的主要是由骨料(如矿渣、石灰、沙子、石子)、水泥和水等构成，而稳定土拌合站是专门用于将这些原料按照一定的比例混合搅拌，以形成以水硬性材料为结合剂的稳定混合料的搅拌系统，其广泛用于公路和城市道路，货场、停车场、航空机场等工程建设中的基层、底层的建设。 [0003] 传统的稳定土拌合站一般采用MODBUS(或者高速脉冲)通讯方式控制稳定土的拌合，控制驱动器的频率和电机的速度其存在以下缺陷：通讯速率低，系统实时性差，导致控制精度低(往往只能达到2％左右)；2)系统动态响应差，开机需要经过相当长一段时间才能达到稳定的配比，导致开机废料率较高；3)皮带秤启动电流大，容易卡死跳过流故障。 发明内容[0004] 本发明的主要是提出一种稳定土拌合站的控制系统，其目的在于提高控制系统的通讯效率、响应速度以及控制精度，降低开机废料率。 [0005] 为实现上述目的，本发明提出的稳定土拌合站的控制系统，其包括：骨料供给模块，稳定剂供给模块，清水供给模块，搅拌机以及控制骨料供给模块、稳定剂供给模块、清水供给模块的供给量的控制模块，以及HMI人机界面。骨料供给模块包括：若干用于装载骨料的配料料斗，若干皮带秤，若干第一驱动电机，以及平皮带。每一皮带秤均设于与其对应的配料料斗的出料口的下方，且位于平皮带的上方，分别用于将骨料输送至平皮带上。平皮带用于将骨料输送至搅拌机。每一第一驱动电机与皮带秤一一对应，其分别用于驱动与其对应的皮带秤的运转。稳定剂供给模块包括：用于装载稳定剂的螺旋输送机以及控制螺旋输送机运转的第二驱动电机。清水供给模块包括：位于搅拌机上方的储水罐，以及用于控制储水罐向搅拌机供水的水泵。每一第一驱动电机，第二驱动电机以及水泵均通过PROFINET现场总线与控制模块进行电连接。HMI人机界面与控制模块之间通过PROFINET现场总线电连接。 [0006] 优选地，第一驱动电机与第二驱动电机均为永磁同步电机。 [0007] 优选地，每一第一驱动电机与控制模块之间分别设有用于控制第一驱动电机正反转启动的第一驱动单元。第二驱动电机与控制模块之间设有用于控制第二驱动电机正反转启动的第二驱动单元。 [0008] 优选地，第一驱动单元内设有用于检测第一驱动电机的相电流的第一检测电路，其检测端与第一驱动电机的输出端电连接，其输出端与控制模块电连接。第二驱动单元内设有用于检测第二驱动电机的相电流的第二检测电路，其检测端与第二驱动电机的相电流输出端电连接，其输出端与控制模块电连接。 [0010] 其中，采样电阻R9的第一端与第一驱动电机的相电流输出端相连，并通过电阻R6与隔离放大器的VIN+端相连。采样电阻R9的第二端与第一驱动电机或第二驱动电机的PE端相连，并与隔离放大器的GND端与VIN‑端相连。 [0011] 隔离放大器的OUT+端通过电阻R1与运算放大器U2的反相输出端相连，其OUT‑端通过电阻R3与运算放大器U2的同相输入端相连。 [0012] 运算放大器U2的反相输入端与其输出端之间通过R2与C6构成并联电路连接，且其反相输入端与其同相输入端通过电容C5连接。运算放大器U2的同相输入端通过电阻R4与电容C4构成的并联电路接地。运算放大器U2的输出端与电阻R7的第一端连接。电阻R7的第二端作为第一检测电路或第二检测电路的输出端，与控制模块相连接，且其通过电阻R8接3.3V的直流电压，并通过电容C7接地。 [0014] 优选地，每一皮带秤上设有第一称重传感器，螺旋输送机的出料口设有用于检测稳定剂运送量的第二称重传感器，储水罐的出水口设有涡流流量计。第一称重传感器、第二称重传感器以及涡流流量计均通过PROFINET现场总线与控制模块电连接。 [0015] 优选地，该控制系统还包括可与手机终端远程通讯的GPRS无线通讯模块，GPRS无线通讯模块与控制模块电连接。 [0016] 本发明的有益效果在于：1、控制模块与骨料供给模块、稳定剂供给模块、清水供给模块以及HMI人机界面均通过PROFINET现场总线相连接，可实现“一网到底”，系统连接更便捷、简洁、稳定、可靠；2、系统的通讯速率以及响应速度快，可有效降低开机废料率；3、系统的控制精度高，可提升稳定土的品质；4、可克服皮带秤容易卡死跳过流故障，有效的降低了启动电流和驱动设备的功率，从而降低了能耗，节省了成本；5、可实现手机远程监控，减少现场值守人员，有效降低系统运行和维护的人力成本。附图说明 [0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。 [0018] 图1为稳定土拌合站的结构示意图； [0019] 图2为第一实施例中稳定土拌合站的控制系统图； [0020] 图3为第二实施例中稳定土拌合站的控制系统图； [0021] 图4为第一检测电路的结构示意图； [0022] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。 具体实施方式[0023] 本发明提出一种稳定土拌合站的控制系统。 [0024] 参照图1，图1为稳定土拌合站的结构示意图。 [0025] 如图1所示，该稳定土拌合站包括：骨料供给模块1，稳定剂供给模块2，清水供给模块3，搅拌机4，斜皮带以及成品储料罐。 [0026] 其中，骨料包括矿渣、石灰、沙子以及石子，该骨料供给模块1包括四配料料斗11，四皮带秤12，四第一驱动电机13以及平皮带14。四配料料斗11分别用于装载矿渣、石灰、沙子以及石子。四皮带秤12与四配料料斗11一一对应，每一配料料斗11分别位于与其对应的配料料斗11的出料口下方，并且位于平皮带14上方，以将矿渣、石灰、沙子以及石子输送到平皮带14上。平皮带14用于将骨料输送至搅拌机4。每一第一驱动电机13与皮带秤12一一对应，其分别用于驱动与其对应的皮带秤12的运转。 [0027] 稳定剂包括水泥粉料，稳定剂供给模块2包括：螺旋输送机21以及第二驱动电机22。螺旋输送机21用于装载水泥粉料，其出料口位于搅拌机4上方。第二驱动电机22用于控制螺旋输送机21的运转，以将水泥粉料输送至搅拌机4。 [0028] 清水供给模块3用于向搅拌机4内提供清水，其包括储水罐31与水泵32。储水罐31的出水口位于搅拌机4的上方，以便于向搅拌机4内供水。水泵32用于控制储水罐31向搅拌机4内的供水量。 [0029] 搅拌机4用于将其内的矿渣、石灰、沙子、石子、水泥粉料与清水进行搅拌以形成稳定土。 [0030] 搅拌机4拌合而成的稳定土通过斜皮带可传送至成品储料罐内，方便运载卡车装载。 [0031] 参照图2，图2为第一实施例的稳定土拌合站的控制系统图。 [0032] 如图2所示，在本实施例中，稳定土拌合站的控制系统还包括控制骨料供给模块1、稳定剂供给模块2、清水供给模块3的供给量的控制模块5，以及HMI人机界面6。四第一驱动电机13，第二驱动电机22以及水泵32均通过PROFINET现场总线与控制模块5进行电连接。HMI人机界面6通过PROFINET现场总线与控制模块5电连接，方便现场人员实时监视和控制稳定土拌合站的控制运行状态。 [0033] 如图2所示，为便于控制稳定土中矿渣、石灰、沙子以及石子的比例，每一皮带秤12上设有第一称重传感器151，该第一称重传感器151通过PROFINET现场总线与控制模块5电连接。在本实施例中，通过第一称重传感器151将每一皮带秤12上矿渣、石灰、沙子以及石子的重量分别传递到控制模块5，同时在HMI人机界面6中显示，以便现场工作人员进行实时控制皮带秤12的传送速度，进而控制运送到搅拌机4的矿渣、石灰、沙子以及石子的重量，即骨料的重量，从而控制稳定土中骨料的比例。同理，螺旋输送机21的出料口设有用于检测稳定剂运送量的第二称重传感器231，储水罐31的出水口设有涡流流量计33，第二称重传感器231与涡流流量计33通过PROFINET现场总线与控制模块5相连接。由此，通过第二称重传感器231、涡流流量计33控制稳定土中稳定剂和清水的比例。 [0034] 本发明的技术方案是通过采用PROFINET现场总线将控制模块5与骨料供给模块1、稳定剂供给模块2、清水供给模块3以及HMI人机界面6相连接，以构成实时工业以太网通讯网络，从而通过HMI人机界面6对骨料、稳定剂以及清水的供给量进行实时、准确的控制。相比现有技术，本发明采用PROFINE IRT实时工业以太网通讯，通讯速率可达到100Mbps，总线循环时间可缩减至250us。与传统MODBUS通讯方式，通讯速率更快，响应时间更短，可有效降低开机废料率。同时，PROFINE IRT的通讯方式的控制精度(即稳定土成分配方最大偏差率)可达0.4％，控制精度更高，可大大提升稳定土的品质，进而提高施工道路的质量。 [0035] 为避免皮带秤12卡死或堵转，优选地，每一第一驱动电机13与控制模块5之间分别设有用于第一驱动单元16，其用于控制第一驱动电机13正反转启动。由于皮带秤12在运转时，往往会因皮带上的物料分布不均导致其一侧的皮带轮因压力过大而卡死或堵转，通过第一驱动单元16来控制第一驱动电机13正反转启动，以避免皮带秤12上的骨料向同一侧运送而导致皮带秤12卡死或者堵转。同理，在第二驱动电机22与控制模块5之间设有第二驱动单元24，该第二驱动单元24通过PROFINET现场总线与控制模块5相连接，其控制第二驱动电机22正反转启动，以避免螺旋输送机21的出料口堵塞。此外，在本实施例中，第一驱动单元16对第一驱动电机13为频率渐增的正反转启动控制，启动电流小，还可避免皮带秤12的过流故障，且可有效降低启动电流和驱动设备的功率，降低能耗，节省成本。 [0036] 为了控制稳定土拌合站的能耗，优选地，第一驱动电机13与第二驱动电机22均为永磁同步电机。传统的稳定土拌合站均采用异步电机驱动，由于异步电机的启动电流大，因此在系统设计时一般都留有一定的余量，导致稳定土拌合站所采用的异步电机的选型都偏大，其基本上处于半载工作状态。当异步电机处于轻载状态时，其运行效率和功率因数都很低，能效差。在本实施例中，通过采用无速度传感器的永磁同步电机，其启动转巨大、过载能力强、稳速精度高，可有效节省稳定土拌合站的能耗。 [0037] 为了实现对稳定土拌合站的远程控制，优选地，该控制系统还包括可与手机终端远程通讯的GPRS无线通讯模块7，GPRS无线通讯模块7与控制模块5电连接。通过配置GPRS无线通讯模块7，以实现手机远程监控功能，如：远程开停机、加解密、配方参数修改、运行状态及故障信息监控等，助力稳定土拌合站向“无人值班，少人值守”的智慧工厂迈进。 [0038] 参照图3，图3为第二实施例的稳定土拌合站的控制系统图。 [0039] 如图3所示，在本实施例中，第一驱动单元16内设有用于检测第一驱动电机13的相电流的第一检测电路152，其检测端与第一驱动电机13的输出端电连接，其输出端与控制模块5电连接。同理，第二驱动单元24内设有用于检测第二驱动电机22的相电流的第二检测电路232，第二检测电路232与第一电测电路152的结构与原理类似，在本实施例中，以第一检测电路的结构与原理为例进行说明。 [0040] 如图4所示，第一检测电路152包括：采样电阻R9，隔离放大器U1以及运算放大器U2。其中，采样电阻R9的第一端与第一驱动电机13的相电流输出端相连，并通过电阻R6与隔离放大器U1的VIN+端相连。采样电阻R9的第二端与第一驱动电机13的PE端相连，并与隔离放大器U1的GND端与VIN‑端相连。在本实施例中，采样电阻R9为mΩ级的采样电阻R9，以保证电流采样的准确性。隔离放大器U1的OUT+端通过电阻R1与运算放大器U2的反相输出端相连，其OUT‑端通过电阻R3与运算放大器U2的同相输入端相连。运算放大器U2的反相输入端与其输出端之间通过R2与C6构成并联电路连接，且其反相输入端与其同相输入端通过电容C5连接。运算放大器U2的同相输入端通过电阻R4与电容C4构成的并联电路接地。运算放大器U2的输出端与电阻R7的第一端连接。电阻R7的第二端作为第一检测电路152的输出端，与控制模块5相连接，且其通过电阻R8接+3.3V的直流电压，并通过电容C7接地。 [0041] 在本实施例中电阻R1的阻值与电阻R3的阻值相等，电阻R2的阻值与电阻R4的阻值相等。故，运算放大器U2的放大倍数可表示为(Vout‑‑Vout+)R2/R1，其中Vout+为隔离放大器OUT+端输出的电压，Vout‑为隔离放大器OUT‑端输出的电压。由此，便可通过调整R2的阻值来调整运算放大器U2的放大倍数。 [0042] 第一检测电路152的工作原理：当第一驱动电机13的相电流经过采样电阻R9时产生压降，将第一驱动电机13的相电流信号转化为mV级电压信号。该mV级电压信号送入隔离放大器U1，由隔离放大器U1放大至V级并输出至运算放大器U2，并由运算放大器U2进行二次放大。运算放大器U2放大后的电压信号经过电阻R7与3.3V电压信号相叠加，使得该电压信号变成电压值较为稳定的电压信号，以方便检测。最后，由控制模块5根据采样得到的电压信号来得出第一驱动电机13的电流值。 [0043] 在本实施例中，通过第一检测电路152检测到的第一驱动电机13的相电流，而第一驱动电机13的输出电压为第一驱动单元16设定的指令值，由此可计算出第一驱动电机13的功率P。利用转矩公式T＝P/n，其中n为第一驱动电机13的转速，这样便可确定第一驱动电机13的转矩T。由此，便可通过转矩T直接感测皮带秤12上的骨料的重量，而无需第一称重传感器151来检测皮带秤12上的骨料的重量。相比通过第一称重传感器151，通过第一检测电路 152来感测骨料的重量来控制皮带秤12的运转的方式，响应速度更快，控制精度更高，而且控制成本成本更低，稳定性更好。 [0044] 此外，在实施例中，第一检测电路152还包括由两二极管D2反向并联组成的钳位保护电路，其公共端与电阻R7的第二端相连，其正向端接3.3V的直流电压，其反向端接地。通过设置钳位保护电路，对第一检测电路152输出电压钳位，从而防止输出的电压过高或过低，保护电路输出。 |
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